Nimeni să nu creadă că marea creație a lui Newton
poate fi răsturnat de teoria relativității
sau o altă teorie.
Ideile clare și largi ale lui Newton
își vor păstra pentru totdeauna semnificația ca fundament pe care
conceptele noastre fizice moderne sunt construite...
1948 Albert Einstein

CUTIE DE PROBLEME DE CALITATE ÎN FIZICĂ: INERȚIE

Materiale didactice despre fizică atât pentru elevi, cât și pentru părinții acestora;-) și, bineînțeles, pentru profesorii creativi.
Pentru cei cărora le place să învețe!

Vă prezint atenției 40 probleme calitative în fizică pe tema: "Inerţie". Să aducem un omagiu integrării: biofizică, fictiune, nuante importante pentru proprietari de mașini, pasageri și pietoni… Conform tradiției consacrate a paginilor verzi, să ne tratăm capodopere ale picturii mondiale... Vom da răspunsuri detaliate la unele probleme ;-) și ... o digresiune lirică din istoria fizicii:
Principiul inerției lui Galileo - prima lege a mecanicii a lui Newton.

Sarcina nr. 1
Ieșind din apă, câinele se scutură. Ce fenomen o ajută în acest caz să-și elibereze lâna de apă? Explică-ți răspunsul.

Sarcina nr. 2
„Cămara soarelui”, 1945, Mihail Mihailovici Prișvin
„...Travka nu a trebuit să aștepte mult. Cu auzul ei subtil, a auzit clacănitul unei labe de iepure, inaccesibil auzului uman, prin bălțile de pe poteca mlaștină. Aceste bălți au apărut pe pistele de dimineață ale lui Nastya. Rusak-ul avea să apară acum chiar la Piatra Mincinoasă.
Iarba din spatele tufișului de ienupăr s-a ghemuit și și-a încordat picioarele din spate pentru o aruncare puternică, iar când a văzut urechile, s-a repezit.
Tocmai în această oră, iepurele, un iepure mare, bătrân, învecinat, abia șoiind, s-a hotărât să se oprească brusc și, chiar ridicându-se pe picioarele din spate, să asculte cât de departe lătră vulpea.
Așa că s-au adunat în același timp: Iarba s-a repezit și iepurele s-a oprit.
Iar Iarba era purtată prin iepure.
În timp ce câinele se îndrepta, iepurele zbura deja cu sărituri uriașe de-a lungul cărării Mitrashina direct către Blind Elan ... "
De ce a fost dusă iarba prin iepure?

Răspuns: Când iepurele s-a oprit brusc, câinele Travka, prin inerție, și-a continuat mișcarea înainte și a sărit peste iepure.

Sarcina nr. 3
Iepurele, scăpând de lupul care îl urmărește, face sărituri tăioase în lateral. De ce îi este greu unui lup să prindă un iepure, deși aleargă mai repede?

Răspuns:În momentul în care iepurele face o întoarcere bruscă, lupul, prin inerție, continuă să avanseze și nu poate apuca iepurele.

Iepure maro într-o haină de iarnă Lepus europaeus Komarov Alexey Nikanorovici 1938		Iepure alb într-o haină de iarnă Lepus timidus Komarov Alexey Nikanorovici 1933

Komarov Alexey Nikanorovici(1879–1977) este considerat fondatorul școlii animalelor rusești. Alexey Nikanorovici Komarov a ilustrat cărți științifice și pentru copii, a creat desene pentru timbre, cărți poștale și suporturi vizuale. Câteva generații de copii au crescut învățând din manuale cu minunatele sale desene.

Pentru curioși: Haina de iarnă a unui iepure maro puțin mai ușor decât vara (spre deosebire de iepurii albi, iepurii maro nu sunt niciodată albi ca zăpada iarna); capul, vârfurile urechilor și partea din față a spatelui rămân întunecate iarna. Haina de iarnă a unui iepure alb– alb orbitor, cu excepția vârfurilor negre ale urechilor. Totuși... în zonele în care nu există un strat stabil de zăpadă, iepurii nu se albesc pentru iarnă ;-)

Sarcina nr. 4
Păstăile coapte de plante leguminoase, care se deschid rapid, descriu arcuri. Ce fenomen stă la baza acestei metode de împrăștiere a semințelor?

Răspuns: Păstăile coapte de plante leguminoase, care se deschid rapid, descriu arcuri - în acest moment, semințele, rupându-se de locurile lor de atașare, se deplasează tangențial în lateral prin inerție și cad semnificativ mai departe decât planta mamă.

Inerția în fauna sălbatică:: Pește zburător

Pentru curioși:În zonele tropicale ale oceanelor Atlantic și Indian, se observă adesea zborul așa-zișilor pești zburători, care, fugind de prădătorii marini, sar din apă și, cu un vânt favorabil, efectuează un zbor planant, acoperind distanțe de până la 200-300 m la o altitudine de 5-7 m Peștele se ridică în aer datorită vibrațiilor rapide și puternice ale înotătoarei caudale. Mai întâi, peștele se repezi de-a lungul suprafeței apei, apoi o lovitură puternică a cozii îl ridică în aer. Înotătoarele pectorale lungi susțin corpul peștelui ca un planor. Zborul unui pește zburător este stabilizat de aripioarele sale caudale; peștii se mișcă prin inerție.

Alfred Edmund Brehm(Alfred Edmund Brehm; 02.02.1829–11.11.1884) - zoolog și călător german, autor al celebrei lucrări științifice populare „Viața animalelor”.

Pentru iubitorii de artă animală, vă propun să aruncați o privire pe paginile verzi:
§ Cine este Tsutsik? Un mic studiu
tsutsik poate fi diferit :-)
§ Friedrich Wilhelm Kuhnert
Lei, elefanți, tigri, păsări...
§ Picturi misterioase ale artistului Stephen Gardner (Partea I)
panda, urși negri (baribals), bufnițe, lupi
§ Picturi misterioase ale artistului Stephen Gardner (Partea a II-a)
cai, coioți, pume, morse
§ Picturi misterioase ale artistului Stephen Gardner (Partea a III-a)
broaște țestoase de mare, balene, balene ucigașe, delfini

Problema #5
„Călătorul broaștei”, 1887, Vsevolod Mihailovici Garshin
„...Atunci broasca nu a mai suportat și, uitând toată precauția, a țipat din toate puterile:
- Sunt eu! eu!
Și cu acel țipăt ea a zburat cu susul în jos la pământ. Rațele zguduiau tare; unul dintre ei a vrut să-l ridice pe bietul însoțitor din zbor, dar a ratat. Broasca, scuturând toate cele patru picioare, a căzut repede la pământ; dar din moment ce rațele zburau foarte repede, ea a căzut nu direct pe locul unde țipa și unde era drum greu, ci mult mai departe, ceea ce a fost o mare fericire pentru ea, pentru că s-a împroșcat într-un iaz murdar de la marginea satului. .
Ea a ieșit curând din apă și imediat a strigat din nou din plin:
- Sunt eu! Am venit cu asta!..."
De ce a căzut broasca la pământ într-un alt loc decât în ​​care a început să cadă?

Răspuns: Broasca, căzând, și-a menținut viteza orizontală prin inerție, așa că a căzut într-un loc diferit de unde a început să cadă.

Problema #6
De ce se prăbușesc clădirile și podurile în timpul unui cutremur? De ce se recomandă, dacă este posibil, să părăsești clădirea și să te muți într-un spațiu deschis în timpul cutremurelor?

Răspuns: Principala cauză a distrugerii în timpul cutremurelor sunt tremurăturile puternice și tremururile de pământ care ajung la suprafața pământului. Datorită inerției și rigidității structurii structurilor solului, acestea se prăbușesc.

Întregul pământ s-a cutremurat, o creastă de nori s-a repezit.
Tremuratul pământului a luat orașe...
Toate cătușele cerului au putut să se deschidă.
Legăturile pământului au fost zdruncinate de o zguduire năprasnică,
El a strâns pământul sărac într-un astfel de viciu,
Că a spart pietre uriașe în bucăți...
Nizami

Nizami Ganjavi Abu Muhammad Ilyas ibn Yusuf (aproximativ 1141 - aproximativ 1209) este un clasic al poeziei persane, unul dintre cei mai mari poeți ai Orientului medieval.

Bazinul Piotr Vasilievici(1793–1877) – pictor de gen și portretist rus.

Problema nr. 7
De ce este interzis să tractați o mașină cu frâne defecte folosind un cablu flexibil?

Problema nr. 8
De ce reduce șoferul viteza mașinii la virare?

Problema nr. 9
De ce este necesar să se asigure în siguranță încărcăturile în spatele unui camion?

Problema nr. 10
De ce nu poți traversa strada în fața traficului din apropiere?

Problema nr. 11
De ce nu ar trebui să sari de pe bordul unui autobuz sau tramvai?

Vedere la Muntele Voskresenskaya Zuev Agap Sergheevici, 1955

Zuev Agap Sergheevici(31.01.1922–1985) - pictor sovietic, rus. Membru al Uniunii Artiștilor din URSS.

Problema nr. 12
De ce frânează ambele roți la oprirea rapidă a unei motociclete? Ce se poate intampla daca franezi doar cu roata din fata?

Problema nr. 13
De ce ar trebui să se aprindă lumina roșie din spate a unei mașini atunci când șoferul mașinii apasă pedala de frână?

Noua Moscova Pimenov Yuri Ivanovici, 1937

Pimenov Iuri Ivanovici(1903–1977) – pictor și grafician sovietic. Artistul Poporului al URSS. Laureat al lui Lenin și două premii Stalin de gradul doi.

Problema nr. 14
Explicați motivul pentru care, atunci când o mașină frânează brusc, partea din față coboară.

Răspuns:În timpul frânării bruște, partea din față a mașinii continuă să se miște prin inerție, rotind în jurul roților din față sub un unghi mic, ceea ce duce la coborârea acesteia.

Problema nr. 15
Ce modificări s-au produs în mișcarea mașinii dacă pasagerul a fost apăsat pe spătarul scaunului; în partea dreaptă a spătarului scaunului?

Răspuns: Mașina a început să crească viteza; a inceput sa vireze la stanga.

Problema nr. 16
Explicați scopul centurilor de siguranță și al airbagurilor într-o mașină. De ce depinde eficiența airbag-urilor de dacă șoferul și pasagerul de pe scaunul din față poartă centurile de siguranță? De ce declanșarea airbag-urilor în cazul unui accident poate cauza răni grave șoferului și pasagerului mașinii dacă nu purtau centurile de siguranță?

Problema nr. 17
Semnele rutiere de avertizare informează șoferii că se apropie de o porțiune periculoasă a drumului, circulația de-a lungul căreia necesită luarea de măsuri adecvate situației. În fața ta sunt trei semne rutiere de avertizare. Dați fiecăreia dintre ele o explicație și indicați ce măsuri ar trebui să ia șoferul vehiculului când vede un astfel de semn.

Semne rutiere de avertizare

Număr semn: 1.15 Drum alunecos

Număr semn: 1.23 Copii

Număr semn: 1.27 Animale salbatice

Răspuns: Numărul semnului: 1.15 – Drum alunecos. O porțiune de drum cu alunecare crescută a carosabilului. . Numărul semnului: 1.23 – Copii. Secțiune de drum în apropierea unei instituții pentru copii (școală, tabără de sănătate etc.), pe carosabilul căreia pot apărea copii. Șoferul trebuie să reducă viteza. Numărul semnului: 1.27 – Animale salbatice. Semnul avertizează că animalele sălbatice pot alerga pe drum. Șoferul trebuie să reducă viteza.

Problema nr. 18
De ce li se cere pasagerilor să-și pună centurile de siguranță înainte de decolare și aterizare?

Problema nr. 19
De ce ar trebui să se țină pasagerii care stau într-un autobuz, tramvai sau troleibuz de balustrade?

Problema nr. 20
În ce direcție deviază pasagerii autobuzului când viteza crește brusc? în timpul unei opriri brusce?

Problema nr. 21
Ce schimbare a avut loc în deplasarea autobuzului de apă dacă pasagerii au deviat brusc la dreapta?

Problema nr. 22
În ce direcție cade o persoană care se împiedică? o persoană care a alunecat? De ce?

Problema nr. 23
„Chuk și Gek”, 1939, Arkady Petrovici Gaidar
„...Toată ziua următoare drumul a trecut prin păduri și munți. Pe urcări, cocherul a sărit de pe sanie și a mers pe lângă zăpadă. Dar pe pantele abrupte sania alerga cu atâta viteză, încât lui Chuk și Gek li s-a părut că ei, împreună cu caii și sania, cădeau la pământ direct din cer.
În cele din urmă, seara, când atât oamenii, cât și caii erau destul de obosiți, cocherul spuse:
- Ei bine, iată-ne! În spatele acestui deget de la picior este o întoarcere. Aici, în poiană, este baza lor... Hei, dar-oh!... Îngrămădiți-vă!
Târâind veseli, Chuk și Huck au sărit în sus, dar sania a fost trasă și au căzut în fân...”
De ce s-au aruncat băieții în fân când a fost trasă sania?

Răspuns: Corpurile băieților, prin inerție, au rămas în repaus, iar picioarele lor au început să avanseze împreună cu sania, așa că Chuk și Gek au căzut înapoi și s-au aruncat în fân.

Problema nr. 24
De ce se formează blocaje de gheață la coturile râului în timpul derivării gheții?

Problema nr. 25
De ce, când rafting cherestea, un număr mare de bușteni sunt aruncați la țărm în coturile râului? De ce sunt permise plute de copaci doar în multe țări?

Belov Kondrati Petrovici(23.03.1900–04.05.1988) – pictor sovietic. Artistul Poporului al RSFSR. În 1949 peisaj „Rafting în lemn pe Irtysh” a fost inclusă în expoziția de artă sovietică expusă într-o serie de țări străine. L-au sunat criticii de artă primul portret complet și expresiv al Siberiei.

Pentru curioși: Rafting din lemn- modalitatea tradițională și cea mai ieftină de a-l transporta la întreprinderile de prelucrare a lemnului. Cea mai intensă tăiere se efectuează de obicei iarna, deoarece aceasta provoacă mai puține daune pădurii. Pe saniile trase de tractoare sau masini puternice, padurea este transportata pe malul raului inghetat. Apoi, în timpul viiturii de primăvară, căpriorii îl lansează în apă. Cu rafting cu cârtiță, pădurea plutește mai departe singură. Când rafting, plutele sunt legate din bușteni. Copacii care plutesc liber de-a lungul râului se udă rapid și se scufundă în fund. Un număr mare de bușteni sunt aruncați la țărm în coturile râului. În plus, atunci când un număr mare de copaci este coborât în ​​același timp, trunchiurile lor provoacă daune ireparabile faunei râului, tăind algele și, prin urmare, privând peștii și amfibienii de hrană. Când trunchiurile scufundate putrezesc, în apă trec și substanțe toxice pentru pești. În cele din urmă, trunchiurile care ies din fundul râului reprezintă un mare pericol pentru navele fluviale. Trunchiurile de copac care nu sunt prinse din râu în timp util devin improprii pentru uz industrial. De aceea În multe țări, raftingul copacilor este permis numai de plute.

Problema nr. 26
De ce este interzis să ridicați brusc o sarcină cu o macara?

Problema nr. 27
Când o locomotivă electrică începe brusc să miște un tren, cuplajul se poate rupe. În ce tren este cel mai probabil să se producă o ruptură, încărcat sau neîncărcat? De ce?

Problema nr. 28
Cum se află suprafața liberă a uleiului în rezervor când locomotiva electrică crește viteză? Când încetinește? Susține-ți răspunsul cu imagini.

Problema nr. 29
Trenul se apropie de gară și încetinește. În ce direcție este mai ușor să trageți o valiză grea de-a lungul podelei vagonului în acest moment - de-a lungul trenului sau în direcția opusă?

Răspuns: De-a lungul trenului.

Problema #30
De ce mandrina continuă să se rotească după oprirea motorului unei mașini de găurit (burghiuitor electric)?

Inerția în echipament militar:: Artilerie

Nu tunetul bubuie în nori și nu fulgerul arde -
Armele noastre vorbesc cu o voce puternică!
Nu atinge, dușman, țara ta natală, nu atinge țara muncii!
Răzbunarea sfântă duce la luptă! Țintește drept! Foc! Foc! Foc!…
„Marșul artileriei”, 1944
cuvinte: Serghei Alexandrovici Vasiliev
muzica: Anatoli Grigorievici Novikov

Usipenko Fedor Pavlovici(1917–2000) – pictor sovietic, membru al Uniunii Artiștilor din URSS. Artistul Poporului al RSFSR.

Pentru curioși: Fenomenul de inerție a fost utilizat la proiectarea fitilurilor pentru obuzele de artilerie. Când un proiectil, lovind un obstacol, se oprește brusc, capsula explozivă, plasată în interiorul proiectilului, dar nelegată rigid de corpul acestuia, continuă să se miște prin inerție și lovește vârful siguranței conectate la corp. În același mod, accelerația semnificativă primită de proiectil în momentul tragerii este utilizată pentru a îndepărta siguranța, eliminând pericolul ca proiectilul să explodeze în timpul depozitării, transportului sau la încărcarea pistolului.

Problema nr. 31
Toate boabele pietrei de șlefuire se mișcă împreună cu ea în jurul cercului. Dar de îndată ce bobul se desprinde din piatră, mișcarea sa devine liniară. De ce?

Problema nr. 32
Pentru ca coloana de mercur dintr-un termometru medical să cadă, termometrul este „agitat” - coborât și apoi oprit brusc. Care este motivul pentru care coloana de mercur scade?

Răspuns:În momentul unei opriri bruște a corpului termometrului, mercurul, prin inerție, continuă să se miște și cade.

Problema nr. 33
De ce își mărește un biciclist viteza când se apropie de o înălțime a drumului?

Problema nr. 34
De ce încep să alerge când sar lung și sus? De ce este mai ușor să sari peste o băltoacă, un pârâu sau un șanț cu o pornire în alergare?

Problema nr. 35
De ce impactul ciocanelor cu abur asupra nicovalei scutură solul mult mai puțin cu nicovale grele decât cu cele mai ușoare? De ce ar trebui o nicovală să fie semnificativ mai masivă decât un ciocan?

Problema nr. 36
De ce nu se poate pune rapid și brusc pe masă o ceașcă plină de ceai sau un castron de supă fără a se vărsa?

Problema nr. 37
Există două moduri de a împărți buștenii. În primul caz, bușteanul este lovit cu un topor care se mișcă rapid. În al doilea, înființează securea în buștean cu o lovitură slabă, apoi, balansând securea cu bușteanul înțepat, lovesc patul de bloc. Explicați fenomenele mecanice observate în acest caz.

Răspuns: Când se taie lemne, se lovește un buștean cu un topor, acesta continuă să se miște din cauza inerției și pătrunde adânc în bușteanul nemișcat. Când patul unui topor care este parțial încorporat într-un buștean este lovit de un bloc pe care este despicat lemn de foc, securea se oprește, dar bușteanul continuă să se miște din cauza inerției și se despica.

Problema nr. 38
Ce se întâmplă cu călărețul dacă calul se împiedică în timp ce sare peste un obstacol?

Răspuns: Când calul se oprește brusc, călărețul, mișcându-se prin inerție, va cădea înainte peste capul calului.

Problema nr. 39
De ce o riglă suspendată pe inele de hârtie se rupe când este lovită puternic, dar inelele rămân intacte?

Problema nr. 40
Pune o carte poștală pe sticlă și pune o monedă pe cartea poștală. Faceți clic pe card. De ce cardul zboară și moneda cade în sticlă?

Răspuns: Datorită inerției monedei și interacțiunii insuficiente dintre monedă și card.

Si in concluzie... putin din istoria fizicii…

Dă-mi materie și mișcare și voi construi Universul.
1640 Rene Descartes

Rene Descartes(Rene Descartes; 31/03/1596–11/02/1650) - filozof francez, matematician, mecanic, fizician și fiziolog, creator de geometrie analitică și simbolism algebric modern.

Principiul inerției lui Galileo - prima lege a mecanicii a lui Newton

despre esența mișcării și a sistemului lumii... geocentric sistem: Pământul este nemișcat, dar Soarele se mișcă în jurul Pământului heliocentric sistem: Pământul se învârte în jurul soarelui Circulaţie Nu există mișcare, spuse înțeleptul cu barbă. Celălalt a tăcut și a început să meargă în fața lui. Nu ar fi putut obiecta mai tare; Toată lumea a lăudat răspunsul complicat. Dar, domnilor, acesta este un caz amuzant Îmi vine în minte un alt exemplu: La urma urmei, în fiecare zi soarele merge înaintea noastră, Totuși, încăpățânatul Galileo are dreptate. 1825 Alexandru Sergheevici Pușkin		Portret Galileo Galilei Justus Sustermans, 1636

Galileo Galilei(Galileo Galilei; 15/02/1564–08/01/1642) - fizician, mecanic, astronom, filozof și matematician italian. Galileo Galilei este numit pe bună dreptate părintele fondator al fizicii experimentale.
Justus Sustermans(Justus Sustermans; 1597–1681) - pictor flamand al epocii baroc.

În prima parte a poemului său "Circulaţie" Alexandru Sergheevici Pușkin descrie o dispută între oamenii de știință greci antici despre esența mișcării. În a doua parte, el se referă la existența a două sisteme opuse ale lumii - geocentric(Pământul este nemișcat, dar Soarele se mișcă în jurul Pământului) și heliocentric(Pământul se învârte în jurul Soarelui) creat de Claudius Ptolemeuși Nikolai Copernic.
Nu degeaba se menționează aici încăpățânatul ;-) Galileo Galilei.

În 1632, lucrarea a fost publicată la Florența Galileo Galilei „Dialogul asupra celor două sisteme majore ale lumii”(despre sistemul geocentric al lui Ptolemeu și sistemul heliocentric al lumii lui Copernic). În ea, Galileo a pus bazele dinamicii - principiul inerției și principiul clasic al relativității.

În 1687 Isaac Newton a formulat legile dinamicii. Nu numai mișcarea planetelor în jurul Soarelui, ci și fenomene mult mai complexe au devenit de înțeles și calculate. Isaac Newton a adoptat principiul inerției lui Galileo ca primă lege a dinamicii..
Galileo a formulat acest principiu ca o consecință a experimentelor sale în timp ce studia căderea corpurilor pe un plan înclinat.
Galileo nu a făcut distincție între concepte "forta"Și "greutate", așa instalat de el principiul inerției nu a pretins o lege fundamentală a naturii.
a pus Newton legea inerției (principiul galilean al inerției)în fruntea întregului său sistem de mecanică.

În formularea modernă principiul inerției afirmă că fiecare corp menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă până când influența altor corpuri îl scoate din această stare.

Isaac Newton(Sir Isaac Newton; 01/04/1643–03/31/1727) - fizician, matematician, mecanic și astronom englez, unul dintre creatorii fizicii clasice. Autorul lucrării fundamentale „Principii matematice ale filosofiei naturale”, în care a conturat legea gravitației universale și cele trei legi ale mecanicii, care au devenit baza mecanicii clasice.
Thornhill James(James Thornhill; 25/07/1675–13/05/1734) - pictor englez, fondator al picturii engleze istorice.

...de la fenomenele de mișcare la studiul naturii forțelor și apoi de la aceste forțe la demonstrarea altor fenomene: ... mișcările planetelor, cometelor, Lunii și mării...
1686 Isaac Newton

Vă doresc succes în a lua propria decizie
probleme de calitate în fizică!

Literatură:
§ Katz Ts.B. Biofizica la lectiile de fizica

§ Lukashik V.I. Olimpiada de Fizică
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1987
§ Tarasov L.V. Fizica în natură
Moscova: editura „Prosveshchenie”, 1988
§ Perelman Ya.I. Stii fizica?
Domodedovo: editura „VAP”, 1994
§ Zolotov V.A. Întrebări și sarcini la fizică clasele 6-7
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1971
§ Tulchinsky M.E. Probleme calitative în fizică
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1972
§ Kirillova I.G. Carte de citit despre fizica clasele 6-7
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1978
§ Erdavletov S.R., Rutkovsky O.O. Interesantă geografie a Kazahstanului
Alma-Ata: Editura Mektep, 1989.

Teoria mișcării trenului este o parte integrantă a științei aplicate a tracțiunii trenului, studiind problemele mișcării trenurilor și a funcționării locomotivelor. Pentru o înțelegere mai clară a procesului de funcționare al unei locomotive electrice, este necesar să se cunoască prevederile de bază ale acestei teorii. În primul rând, să luăm în considerare principalele forțe care acționează asupra trenului în timpul deplasării - aceasta este forța de tracțiune F, rezistența la mișcare W, forța de frânare B. Conducătorul poate modifica forța de tracțiune și forța de frânare; forta de rezistenta la miscare nu poate fi controlata.

Cum se formează aceste forțe, de ce depind ele? Am spus deja că fiecare pereche de roți motrice a unei locomotive electrice are un motor de tracțiune separat, care este conectat la acesta printr-un reductor de viteză (Fig. 3, a). Roata dințată mică a cutiei de viteze (angrenaj) este montată pe arborele motorului de tracțiune, iar cea mare este montată pe axa setului de roți. Raportul dintre numărul de dinți ai roții mari și numărul de dinți ai celei mici se numește raport de transmisie. Dacă porniți motorul de tracțiune, se creează un cuplu pe arborele acestuia. Viteza de rotație a setului de roți va fi de 1 dată mai mică decât viteza de rotație a arborelui motorului, dar cuplul este în mod corespunzător de 1 dată mai mare (dacă nu țineți cont de eficiența transmisiei cu viteze).

Să luăm în considerare condițiile necesare pentru ca o locomotivă electrică să înceapă să se miște.

Dacă roțile locomotivei electrice nu atingeau șinele, atunci după pornirea motoarelor de tracțiune s-ar roti pur și simplu, rămânând în același loc. Totuși, datorită faptului că roțile locomotivei intră în contact cu șinele atunci când cuplurile M sunt transmise axelor perechilor de roți, între suprafețele roților și șine apare o forță de aderență.

În treacăt, observăm că inițial, la crearea primelor locomotive - locomotive cu abur, ei se îndoiau în general de posibilitatea deplasării lor de-a lungul unei căi ferate „netede”. Prin urmare, s-a propus crearea unui angrenaj între roțile locomotivei și șine (locomotiva Blenkinson). A fost construită și o locomotivă (locomotiva Brunton), care se deplasa de-a lungul șinelor cu ajutorul unor dispozitive speciale care erau împinse alternativ de pe șină. Din fericire, aceste îndoieli nu erau justificate.

Momentul M (vezi fig. 3) aplicat roții formează o pereche de forțe cu umărul R. Forța FK este îndreptată împotriva mișcării. Are tendința de a muta punctul de referință al roții față de șină în direcția opusă direcției de mișcare. Acest lucru este împiedicat de forța de reacție a șinei, așa-numita forță de aderență Fcu, care apare sub acțiunea de a apăsa roata pe șină în punctul de sprijin Conform celei de-a treia legi a lui Newton, este egală și opusă forței FK. Această forță forțează roata și, prin urmare, locomotiva electrică, să se deplaseze de-a lungul șinei.

În punctul de contact al roții cu șina există două puncte, dintre care unul aparține bandajului Ab, iar celălalt șinei Ar. Pentru o locomotivă electrică care stă nemișcată, aceste puncte se contopesc într-una singură. Dacă, în timpul transferului cuplului la roată, punctul Ab se mișcă în raport cu punctul Lp, atunci în clipa următoare punctele bandajului vor începe să intre în contact alternativ cu punctul Lp. În acest caz, locomotiva nu începe să se miște, iar dacă era deja în mișcare, atunci viteza sa scade brusc, roata își pierde suportul și începe să alunece față de șină - alunecând.

În cazul în care punctele Ap și Ab nu au o deplasare relativă, în fiecare moment de timp ulterior ele părăsesc contactul, dar în același timp intră în contact continuu următoarele puncte: BB cu Br, Wb cu BP etc.

Punctul de contact dintre roată și șină reprezintă centrul instantaneu de rotație. Evident, viteza cu care centrul de rotație instantaneu se mișcă de-a lungul șinelor este egală cu viteza mișcării înainte a locomotivei.

Pentru a deplasa o locomotiva electrica este necesar ca forta de aderenta in punctul de contact dintre roata si sina feu, egala dar opusa ca sens fortei FK, sa nu depaseasca o anumita valoare limita. Până la atingerea acesteia, forța FC creează un cuplu reactiv FCVLR, care, în funcție de condiția de mișcare uniformă, trebuie să fie egal cu cuplul.

Suma forțelor de aderență în punctele de contact ale tuturor roților locomotivei electrice determină forța totală, numită forță de tracțiune tangenţială FK. Nu este greu de imaginat că există o anumită forță maximă de tracțiune, limitată de forțele de aderență, la care boxul nu are loc încă.

Apariția forței de aderență poate fi oarecum simplificată după cum urmează. Există nereguli pe suprafețele aparent netede ale șinelor și roților. Deoarece aria de contact (suprafața de contact) a roții și șinei este foarte mică, iar sarcina de la roți pe șine este semnificativă, în punctul de contact apar presiuni mari. Neregulile roții sunt presate în neregularitățile de pe suprafața șinelor, rezultând aderența roții la șină.

S-a stabilit că forța de aderență este direct proporțională cu forța de presare - sarcina de la toate roțile în mișcare pe șine. Această sarcină se numește greutatea de aderență a locomotivei.

Pentru a calcula forța maximă de tracțiune pe care o poate dezvolta o locomotivă fără a depăși forța de aderență, pe lângă greutatea de aderență, este necesar să se cunoască și coeficientul de aderență. Înmulțind greutatea de aderență a locomotivei cu acest coeficient, se determină forța de tracțiune.

Munca multor oameni de știință și practicieni este dedicată problemei maximizării utilizării aderenței între roți și șine. Încă nu a fost rezolvat definitiv.

Ce determină valoarea coeficientului de aderență? În primul rând, depinde de materialul și starea suprafețelor de contact, de forma benzilor și șinelor. Odată cu creșterea durității anvelopelor seturilor de roți și șinelor, coeficientul de aderență crește. Când suprafața șinei este umedă și murdară, coeficientul de aderență este mai mic decât atunci când este uscată și curată. Influența stării suprafeței șinei asupra coeficientului de aderență poate fi ilustrată prin următorul exemplu. În ziarul Trud din 13 decembrie 1973, în articolul „Melcii împotriva locomotivei cu abur”, s-a relatat că unul dintre trenurile din Italia a fost forțat să oprească câteva ore. Motivul întârzierii s-a dovedit a fi un număr mare de melci care se târau pe calea ferată. Șoferul a încercat să ghideze trenul prin această masă în mișcare, dar fără rezultat: roțile alunecau și nu se putea clinti. Abia după ce șuvoiul de melci s-a rărit, trenul a putut să se miște.

Coeficientul de aderență depinde și de proiectarea locomotivei electrice - dispozitivul de suspensie cu arc, circuitul de comutare al motoarelor de tracțiune, locația acestora, tipul de curent, starea căii (cu cât șinele sunt mai deformate sau stratul de balast). scăderi, cu cât coeficientul de aderență realizat este mai mic) și alte motive. Modul în care aceste motive influențează implementarea forței de tracțiune va fi discutat în continuare în paragrafele relevante ale cărții. Coeficientul de aderență depinde și de viteza trenului: în momentul în care trenul pornește, acesta este mai mare odată cu creșterea vitezei, coeficientul de aderență realizat crește mai întâi ușor, apoi scade; După cum se știe, valoarea sa variază foarte mult - de la 0,06 la 0,5. Datorită faptului că coeficientul de aderență depinde de mulți factori, coeficientul de aderență calculat este utilizat pentru a determina forța maximă de tracțiune pe care o poate dezvolta o locomotivă electrică fără alunecare. Reprezintă raportul dintre cea mai mare forță de tracțiune, realizată în mod fiabil în condiții de funcționare, și greutatea de aderență a locomotivei. Coeficientul de aderență calculat se determină folosind formule empirice care depind de viteză; se bazează pe numeroase studii și călătorii experimentale, ținând cont de realizările mașinistilor avansați.

La pornirea din loc, adică atunci când viteza este zero, coeficientul pentru locomotivele electrice cu curent continuu și alimentarea dublă este 0,34 (0,33 pentru locomotivele electrice din seria VL8) și 0,36 pentru locomotivele electrice cu curent alternativ. Astfel, pentru o locomotivă electrică cu alimentare dublă VL 82m, a cărei greutate de aderență este P = 1960 kN (200 tf), forța de tracțiune tangențială Fk ținând cont de coeficientul de proiectare.

Dacă suprafața șinelor este murdară și coeficientul de aderență a scăzut, să zicem, la 0,2, atunci forța de tracțiune Pk va fi de 392 kN (40 tf). Când este furnizat nisip, acest coeficient poate crește la valoarea anterioară și chiar o poate depăși. Utilizarea nisipului este deosebit de eficientă la viteze mici: până la viteza de 10 km/h pe șine umede, coeficientul de aderență crește cu 70-75%. Efectul utilizării nisipului scade odată cu creșterea vitezei.

Este foarte important să se asigure cel mai mare coeficient de aderență la pornire și deplasare: cu cât este mai mare, cu atât este mai mare forța de tracțiune pe care o poate realiza locomotiva electrică, cu atât masa trenului poate fi condusă mai mare.

Rezistența la deplasarea trenului W apare din cauza frecării roților pe șine, frecării în cutiile de osii, deformarea căii, rezistența aerului, rezistența cauzată de coborâri și urcări, secțiuni curbe ale căii, etc. Rezultatul tuturor forțele de rezistență sunt de obicei îndreptate împotriva mișcării și numai la coborâri foarte abrupte coincide cu direcția de mișcare.

Rezistența la mișcare este împărțită în bază și suplimentară. Rezistența principală acționează în mod constant și apare imediat ce trenul începe să se miște; în plus datorită pantelor pistei, curbelor, temperaturii aerului exterior, vântului puternic, pornirii.

Este foarte dificil să se calculeze componentele individuale ale rezistenței principale la mișcarea trenului. De obicei, se calculează pentru mașini de fiecare tip și locomotive de diferite serii folosind formule empirice obținute pe baza rezultatelor multor studii și teste în diferite condiții. Dragul principal crește pe măsură ce crește viteza. La viteze mari, rezistența aerului predomină în el.
Ținând cont de rezistența principală la deplasarea locomotivei, pe lângă forța de tracțiune tangențială a locomotivei electrice, se introduce și conceptul de forță de tracțiune pe cuplajul automat Fa (Fig. 4).

În procesul de conducere a unui tren, pentru a reduce viteza, a opri sau a-și menține viteza constantă la coborâri, frânele sunt folosite pentru a crea o forță de frânare B. Forța de frânare este generată din cauza frecării plăcuțelor de frână pe anvelopele roților (mecanice). frânare) sau când motoarele de tracțiune funcționează ca generatoare. Ca urmare a presării plăcuței de frână pe bandaj cu forța K (a se vedea Fig. 3, b), apare o forță de frecare asupra acesteia.

frecare. Din acest motiv, pe bandaj se formează o forță de aderență B în punctul de contact al acestuia cu șina, egală cu forța T. Forța B este frânarea: împiedică deplasarea trenului.

Valoarea maximă a forței de frânare este determinată de aceleași condiții ca și forța de tracțiune Pentru a evita derapajul (alunecarea fără rotirea roților pe șine) în timpul frânării trebuie îndeplinită condiția de frecare a plăcuțelor de frână pe bandă; depinde de viteza de mișcare, presiunea specifică a plăcuțelor de pe roată și materialul acestora. Acest coeficient scade odata cu cresterea vitezei si a presiunii specifice datorita cresterii temperaturii suprafetelor de frecare. Prin urmare, aplicați presiune bilaterală asupra roților la frânare.

În funcție de forțele aplicate trenului, se disting trei moduri de deplasare a trenului: tracțiune (deplasare în condiții de curent), deplasare (fără curent), frânare.

În momentul pornirii și în timpul deplasării ulterioare sub curent, trenul este supus forței de tracțiune Fк și rezistenței la deplasarea trenului K. Natura modificării vitezei în funcție de timp în secțiunea curbei OA (Fig. 5) este determinată de diferența de forțe. Cu cât această diferență este mai mare, cu atât accelerația trenului este mai mare. Rezistența la mișcare, așa cum sa menționat deja, este o cantitate variabilă care depinde de viteză. Se mărește cu viteza. Prin urmare, dacă forța de tracțiune rămâne constantă, forța de tracțiune accelerată va scădea. După un anumit punct O, forța de tracțiune scade. Apoi vine un moment în care Fк și trenul sub curent se deplasează cu o viteză constantă (secțiunea curbei AB).

În continuare, șoferul poate opri motoarele și poate continua să se deplaseze pe coastă (secțiunea BV) datorită energiei cinetice a trenului. În acest caz, trenul este afectat doar de forța de rezistență la mișcare, care își reduce viteza dacă trenul nu se deplasează pe o coborâre abruptă. Când conducătorul pornește frânele (din punctul B în punctul D), asupra trenului acționează două forțe - rezistența la mișcare și forța de frânare B. Viteza trenului scade. Suma forțelor B reprezintă forța de întârziere. De asemenea, este posibil ca un tren să se deplaseze în jos pe o pantă abruptă, iar șoferul folosește forța de frânare pentru a menține o viteză admisă constantă.

Toate corpurile sunt capabile de deformare doar până la o anumită limită. Când se atinge această limită, corpul se prăbușește. De exemplu, un fir se rupe atunci când alungirea lui depășește o valoare cunoscută; arcul se rupe când este îndoit prea mult etc.

Orez. 87. Dacă trageți încet firul de jos, firul de sus se va rupe.

Orez. 88. Tragând puternic firul de jos, îl puteți rupe, lăsând firul de sus intact

Pentru a explica de ce a avut loc distrugerea unui corp, este necesar să luăm în considerare mișcarea care a precedat distrugerea. Să luăm în considerare, de exemplu, motivele ruperii firului într-un astfel de experiment (Fig. 87 și 88). O sarcină grea este suspendată de un fir; un fir de aceeași rezistență este atașat la sarcina de mai jos. Dacă trageți încet firul inferior, firul superior de care atârnă sarcina se va rupe. Dacă trageți brusc firul de jos, firul de jos se va rupe, nu firul de sus. Explicația acestei experiențe este următoarea. Când sarcina este atârnată, firul superior a fost deja întins la o anumită lungime și forța sa de tensiune echilibrează forța de atracție a încărcăturii către Pământ. Tragând încet firul inferior, facem ca sarcina să se miște în jos. Ambele fire sunt întinse, dar firul de sus este întins mai mult, deoarece a fost deja întins. De aceea se rupe mai devreme. Dacă trageți brusc firul inferior, atunci, din cauza masei mari a încărcăturii, chiar și cu o forță semnificativă care acționează din fir, acesta va primi doar o ușoară accelerație și, prin urmare, într-un timp scurt de smucire, sarcina nu va au timp să dobândească o viteză vizibilă și să se miște în mod vizibil. Aproape sarcina va rămâne pe loc. Prin urmare, firul superior nu se va mai lungi și va rămâne intact; firul inferior se va alungi dincolo de limita admisă și se va rupe.

În mod similar, rupturile și distrugerea corpurilor în mișcare apar și în alte cazuri. Pentru a evita rupturile și distrugerea în timpul schimbărilor bruște de viteză, este necesar să folosiți ambreiaje care se pot întinde semnificativ fără a se rupe. Multe tipuri de cuplaje, cum ar fi cablurile de oțel, nu au ele însele astfel de proprietăți. Prin urmare, la macarale, între cablu și cârlig este plasat un arc special („amortizor”), care se poate extinde semnificativ fără a se rupe și protejează astfel cablul de rupere. Coarda de cânepă, care poate rezista la o alungire semnificativă, nu are nevoie de un amortizor.

Corpurile fragile, cum ar fi obiectele din sticlă, sunt, de asemenea, distruse atunci când cad pe o podea tare. În acest caz, există o scădere bruscă a vitezei părții corpului care a atins podeaua și are loc deformarea în corp. Dacă forța elastică cauzată de această deformare nu este suficientă pentru a reduce imediat viteza restului corpului la zero, atunci deformația continuă să crească. Și din moment ce corpurile fragile pot rezista doar la mici deformații fără distrugere, obiectul se rupe.

63.1. De ce cuplajul vagoanelor se rupe uneori când o locomotivă electrică se îndepărtează brusc? În ce parte a trenului este cel mai probabil să se producă ruptura?

63.2. De ce articolele fragile sunt plasate în așchii în timpul transportului?